Танец жизни. Новая наука о том, как клетка становится человеком
Шрифт:
Можно также побудить стволовые клетки превратиться в мини-орган, так называемый органоид, который с функциональной точки зрения напоминает настоящий, включающий все свои главные типы тканей. Одним из пионеров в этой области является Ганс Клевере из Института Хюбрехта в Утрехте, Нидерланды, чьи исследования способствовали созданию органоидов желудка, поджелудочной железы, мозга, печени и многого другого, например ядовитых желез змеи [29]. С помощью «биобанка органоидов», содержащего широкий диапазон подтипов колоректального рака, можно проводить скрининг лекарственных препаратов [30]. Моя подруга по Кембриджскому университету Мери Хуч, когда-то
Органоиды могут рассказать нам о том, как болезни и расстройства воздействуют на развитие органа, например, как связаны вирус Зика и микроцефалия, при которой ребенок рождается с аномально маленькой головой [33]. Лаборатории Го-Ли Мина и Хунцзюнь Сона в Школе медицины Университета Джона Хопкинса продемонстрировали на органоидах человеческого мозга, что вирус Зика затрагивает прогениторные клетки коры головного мозга, которые в норме дифференцируются в нейроны, и этот факт позволяет связать развитие микроцефалии с инфекцией.
Эти примеры объясняют, почему ученые испытывают оптимизм по поводу потенциала технологий на основе стволовых клеток.
Восстанавливая поврежденное тело
Когда журналисты просят меня порассуждать о том, куда могут завести человечество мои исследования раннего развития и стволовых клеток, я всегда отвечаю, что понимание базовых принципов развития увлекательно само по себе и закладывает основу для поиска новых способов предотвращения или исправления ошибок.
Хотя мечта о том, что ЭС-клетки когда-нибудь станут источником замещающих тканей, очень жива, прогресс идет гораздо медленнее, чем можно судить по газетным заголовкам.
Одним из направлений исследований стала макулярная дегенерация — самая распространенная причина слепоты после шестидесяти лет, поражающая, по некоторым данным, примерно 30% населения в семидесятипятилетнем возрасте. Заболевание характеризуется прогрессирующей потерей центрального зрения из-за дегенерации макулы — желтого пятна на задней поверхности сетчатки, отвечающего за центральное зрение. Чтобы исправить это нарушение, многие группы ученых пытались разработать терапию стволовыми клетками. Их целью был не полупрозрачный слой реагирующих на свет нейронов, которые поначалу не дегенерируют, а нижележащий слой клеток, называемый ретинальным пигментным эпителием, или РПЭ.
В 2012 году компания Advanced Cell Technology и сотрудничающие с ними специалисты по зрению из Глазного института Жюля Стайна в Лос-Анджелесе провели многообещающий эксперимент, пересадив выращенные в лаборатории РПЭ-клетки в глаза пациентов с макулярной дегенерацией и болезнью Штаргардта [34]. Хотя их основной целью было получение доказательств безопасности таких клеток (и они их получили), они обнаружили некоторое улучшение зрения. Как показало другое исследование, проведенное Питом Коффи из Института офтальмологии Университетского колледжа Лондона (Лондонский проект по лечению слепоты) в сотрудничестве с командой из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, у двух пациентов с макулярной дегенерацией улучшилось зрение после имплантации РПЭ [35].
Эти примеры дают надежду на то, что однажды мы сможем лечить некоторые формы слепоты, хотя многие детали остались
Превратить стволовые клетки в функционирующие ткани тяжело, но еще тяжелее превратить их в органы, пригодные для трансплантации. Некоторые органы и сами могут восстановиться после повреждения. Если часть печени потеряется в результате травмы или болезни, она может отрасти обратно до изначального размера, хотя форма будет иной, а кожа постоянно сама себя восстанавливает [37]. Но некоторые человеческие ткани не регенерируют.
В сравнении с такими животными, как планария, гидра, лягушка и саламандра, мы более продвинутые существа, однако не во всех смыслах. Когда речь идет о регенерации, они нас превосходят. Лягушки могут отрастить глаза, тритоны могут полностью вырастить новые конечности, а если вы продольно разрежете планарию, она регенерирует в двух новых индивидуумов [38]. Такие подвиги тесно связаны с эмбриональным развитием.
Подробности процесса регенерации, способные объяснить, каким образом стволовые клетки формируют замещающие структуры, недавно были раскрыты Питером Реддиеном из Института биомедицинских исследований Уайтхеда в Кембридже, штат Массачусетс. Питер обнаружил, что планария и акоэль (морской регенерирующий червь) для управления регенерацией в качестве источника информации используют сигнал, поступающий из поврежденных мышц [39].
Его команда выяснила, что для регенерации глаза нужны три согласованных действия, активирующих прогениторные клетки: сигналы о местоположении для создания масштабируемой карты, самоорганизация для привлечения прогениторных клеток и сами прогениторные клетки, которые расположены не в конкретном месте, а диффузно [40]. Разобравшись в том, как эти животные используют перечисленные механизмы и молекулы для регенерации взрослых тканей без побочных эффектов вроде рака, мы можем применить это на практике для регенерации или конструирования человеческих тканей.
Точно так же, как естественный органогенез происходит у плода, он может происходить и в организме животного, если имплантировать в него ткани или клетки из первичных органов. В 2018 году стало известно об эксперименте, в котором ЭС-клетки человека ввели в эмбрионы свиней, получив в результате химер, в основном являющихся свиньями, но с определенным количеством человеческих клеток в пропорции одна из десяти тысяч. Химерным свиночеловеческим эмбрионам позволили развиваться до двадцати восьми дней (первый триместр беременности свиньи). Можно ли будет таким способом инкубировать человеческие органы, генетически совместимые с организмом пациента, чтобы использовать их для трансплантации?
Ясно, что для начала надо решить ряд практических и этических проблем. Например, у свиньи беременность длится около ста двенадцать дней, а у человека — двести семьдесят четыре дня (девять месяцев), поэтому скорость развития эмбриональных клеток этих биологических видов разная. Ведущий исследователь в этой области, Хуан Карлос Исписуа Бельмонте из Института Солка в Ла-Хойе, сравнил это с автомагистралью, по которой машины передвигаются в три раза быстрее, чем вы. Надо правильно рассчитать время, чтобы не спровоцировать аварию [41]. Другими словами, до выращивания человеческих органов внутри животных нам еще далеко.